2014年 第31卷 第5期
2014, 31(5): 1-6.
摘要:
微电网技术具有许多优点,然而微电网中的分布式电源自身的不稳定性将导致微电网的运行控制困难。针对此问题,提出了分层控制方法。这种控制方法将分层控制分为三层,每一层独立完成自身的控制任务,通过通信通道向下层传达命令,且传达命令过程中不会影响系统的稳定性。基于下垂控制方法,微电网分层控制的第一层为分布式电源和负荷控制,第二层为在第一层控制信号基础上的频率和电压幅值控制,第三层为微电网功率和主网功率控制。利用Matlab/simulink对微电网接入主电网进行建模仿真,结果表明分层控制方法能够较好地实现对微电网的控制。
微电网技术具有许多优点,然而微电网中的分布式电源自身的不稳定性将导致微电网的运行控制困难。针对此问题,提出了分层控制方法。这种控制方法将分层控制分为三层,每一层独立完成自身的控制任务,通过通信通道向下层传达命令,且传达命令过程中不会影响系统的稳定性。基于下垂控制方法,微电网分层控制的第一层为分布式电源和负荷控制,第二层为在第一层控制信号基础上的频率和电压幅值控制,第三层为微电网功率和主网功率控制。利用Matlab/simulink对微电网接入主电网进行建模仿真,结果表明分层控制方法能够较好地实现对微电网的控制。
2014, 31(5): 7-14.
摘要:
优质电力园区(Premium Power Park,PPP)作为定制电力技术应用的一个重要方面,无论在传统的工业领域,还是在现代的金融、IT行业都得到了应用。文中首先分析了国内外两个典型的PPP——特拉华PPP和仙台市多级电能质量供电系统示范基地的运行情况,并简要地介绍了国内外其它PPP的应用情况;然后从供电方式、所供应负荷类型以及采用定制电力装置的补偿能力等方面对PPP拓扑结构的发展状况进行了分析;最后对PPP今后的研究和发展方向作了总体分析,为今后PPP的规划和建设提供可选方案。
优质电力园区(Premium Power Park,PPP)作为定制电力技术应用的一个重要方面,无论在传统的工业领域,还是在现代的金融、IT行业都得到了应用。文中首先分析了国内外两个典型的PPP——特拉华PPP和仙台市多级电能质量供电系统示范基地的运行情况,并简要地介绍了国内外其它PPP的应用情况;然后从供电方式、所供应负荷类型以及采用定制电力装置的补偿能力等方面对PPP拓扑结构的发展状况进行了分析;最后对PPP今后的研究和发展方向作了总体分析,为今后PPP的规划和建设提供可选方案。
2014, 31(5): 15-20.
摘要:
使用PSCAD/EMTDC 软件对电力系统进行电磁暂态仿真时,需将实际电网分为内部系统、外部系统和边界系统3部分,并对外部系统进行等值简化。本文提出了一种用于电力系统相邻节点需要同时等值且存在耦合关系的潮流等值方法,有效地克服了传统方法的不足,并结合重庆电网的实际网络结构,确立了发电机组、负荷、交流通道、线路的等值方案。通过实例比较等值前后电网潮流分布、重要母线短路电流及系统暂态行为变化等情况,结果证明了所提等值方案的合理性及简化系统的工程实用性。
使用PSCAD/EMTDC 软件对电力系统进行电磁暂态仿真时,需将实际电网分为内部系统、外部系统和边界系统3部分,并对外部系统进行等值简化。本文提出了一种用于电力系统相邻节点需要同时等值且存在耦合关系的潮流等值方法,有效地克服了传统方法的不足,并结合重庆电网的实际网络结构,确立了发电机组、负荷、交流通道、线路的等值方案。通过实例比较等值前后电网潮流分布、重要母线短路电流及系统暂态行为变化等情况,结果证明了所提等值方案的合理性及简化系统的工程实用性。
2014, 31(5): 21-26.
摘要:
直流微电网是新能源发电接入常规公用电网的一种有效方式,并以其显著的优势成为微电网技术研究的一个新方向。本文以光伏发电系统、储能系统、交直流负荷组成的直流微电网为研究对象,在分析该直流微电网运行状态的基础上,提出了直流电压协调控制策略。该控制策略根据直流电压的变化量以及蓄电池的荷电状态SOC(State of Charge)自动协调各换流器的工作状态,从而实现了在各种运行工况下直流微电网内的有功功率平衡,达到了维持直流母线电压稳定的目的。最后,在Matlab/Simulink仿真环境下进行了仿真实验,结果验证了该控制策略的有效性。
直流微电网是新能源发电接入常规公用电网的一种有效方式,并以其显著的优势成为微电网技术研究的一个新方向。本文以光伏发电系统、储能系统、交直流负荷组成的直流微电网为研究对象,在分析该直流微电网运行状态的基础上,提出了直流电压协调控制策略。该控制策略根据直流电压的变化量以及蓄电池的荷电状态SOC(State of Charge)自动协调各换流器的工作状态,从而实现了在各种运行工况下直流微电网内的有功功率平衡,达到了维持直流母线电压稳定的目的。最后,在Matlab/Simulink仿真环境下进行了仿真实验,结果验证了该控制策略的有效性。
2014, 31(5): 27-31.
摘要:
本文研究了基于模块化多电平型换流器的统一电能质量控制器(MMC-UPQC)的启动过程及控制方法。首先介绍了MMC-UPQC的基本运行原理,给出了数学模型,然后分析了MMC-UPQC的启动过程,针对串联侧换流器子模块电容升压过程的特点提出了两种不同的控制方法,并分别分析了各自的优缺点,最后进行了PSCAD/EMTDC仿真验证,结果表明串联侧换流器上下桥臂子模块轮换导通的控制方式由于采用逐步提高模块电容电压的方法,在启动过程的电压电流冲击较小,启动更为平稳,并且易于实现,是一种较好的启动方式。
本文研究了基于模块化多电平型换流器的统一电能质量控制器(MMC-UPQC)的启动过程及控制方法。首先介绍了MMC-UPQC的基本运行原理,给出了数学模型,然后分析了MMC-UPQC的启动过程,针对串联侧换流器子模块电容升压过程的特点提出了两种不同的控制方法,并分别分析了各自的优缺点,最后进行了PSCAD/EMTDC仿真验证,结果表明串联侧换流器上下桥臂子模块轮换导通的控制方式由于采用逐步提高模块电容电压的方法,在启动过程的电压电流冲击较小,启动更为平稳,并且易于实现,是一种较好的启动方式。
2014, 31(5): 32-36.
摘要:
研究了发电机励磁调差系数与无功功率的关系,以及计及发电机励磁调差系数的潮流计算模型。该模型摒弃了传统潮流中将发电机节点设为PV节点的假设,而将发电机节点的电压看成随无功功率而变化的变量。以IEEE14、IEEE30、IEEE118节点和某省实际电网等不同规模的电力系统为算例,并与传统潮流对比,结果表明该算法不仅对小规模电力系统具有很好的收敛性,对大规模电力系统也具有良好的收敛性。本文方法可使潮流计算结果更加准确,无功功率在发电机之间的分配更加合理,并且在维持电压稳定、降低系统网损方面具有优越性。
研究了发电机励磁调差系数与无功功率的关系,以及计及发电机励磁调差系数的潮流计算模型。该模型摒弃了传统潮流中将发电机节点设为PV节点的假设,而将发电机节点的电压看成随无功功率而变化的变量。以IEEE14、IEEE30、IEEE118节点和某省实际电网等不同规模的电力系统为算例,并与传统潮流对比,结果表明该算法不仅对小规模电力系统具有很好的收敛性,对大规模电力系统也具有良好的收敛性。本文方法可使潮流计算结果更加准确,无功功率在发电机之间的分配更加合理,并且在维持电压稳定、降低系统网损方面具有优越性。
2014, 31(5): 37-42.
摘要:
根据具有静止同步补偿器(STATCOM)的单机无穷大电力系统的特点,提出一种新的非线性控制器的设计方法。首先构建了系统的四阶仿射非线性系统数学模型,在鲁棒H∞控制方法的基础上,使用SDM混合反馈线性H∞方法设计出系统的非线性控制器;然后利用MATLAB鲁棒控制工具箱,通过解得Riccati方程得到控制器的具体控制参数;最后通过系统的对比仿真结果,验证了该控制器在提高系统暂态稳定性上的有效性和优越性。
根据具有静止同步补偿器(STATCOM)的单机无穷大电力系统的特点,提出一种新的非线性控制器的设计方法。首先构建了系统的四阶仿射非线性系统数学模型,在鲁棒H∞控制方法的基础上,使用SDM混合反馈线性H∞方法设计出系统的非线性控制器;然后利用MATLAB鲁棒控制工具箱,通过解得Riccati方程得到控制器的具体控制参数;最后通过系统的对比仿真结果,验证了该控制器在提高系统暂态稳定性上的有效性和优越性。
2014, 31(5): 43-48.
摘要:
针对独立微电网运行中的优化调度问题展开研究。介绍了独立微电网的典型结构、组成单元功能;综合分析光伏和风力发电、柴油机发电及储能系统等多方面的运行特性,提出考虑柴油机发电费用和蓄电池循环电量的多目标优化调度数学模型;构造含蓄电池充放电功率及SOC范围、柴油机发电功率、系统功率平衡的约束条件;在此基础上,通过NSGA-II算法对多目标优化模型进行求解。结合具体算例,在不同日照和风力条件下,获得多组Pareto最优解集;从中选取典型调度方案,分析各组件功率,验证了模型的合理性。
针对独立微电网运行中的优化调度问题展开研究。介绍了独立微电网的典型结构、组成单元功能;综合分析光伏和风力发电、柴油机发电及储能系统等多方面的运行特性,提出考虑柴油机发电费用和蓄电池循环电量的多目标优化调度数学模型;构造含蓄电池充放电功率及SOC范围、柴油机发电功率、系统功率平衡的约束条件;在此基础上,通过NSGA-II算法对多目标优化模型进行求解。结合具体算例,在不同日照和风力条件下,获得多组Pareto最优解集;从中选取典型调度方案,分析各组件功率,验证了模型的合理性。
2014, 31(5): 49-53.
摘要:
随着风电在电网中渗透功率的持续增加,风电的不确定性给系统的备用决策和发电调度带来新的难题。为保障含风电场电力系统的安全运行,本文结合风电预测误差的概率密度函数,提出了一种系统运行安全性指标——备用安全可信度,并以备用安全可信度最大化和火电机组运行费用最小化作为优化目标函数,建立了含风电场的电力系统经济调度模型。针对寻优效率,本文采用了一种将优先顺序法和内点法相结合的优化方法对机组组合问题求解。算例分析证明了所提模型和解法的可行性和合理性。
随着风电在电网中渗透功率的持续增加,风电的不确定性给系统的备用决策和发电调度带来新的难题。为保障含风电场电力系统的安全运行,本文结合风电预测误差的概率密度函数,提出了一种系统运行安全性指标——备用安全可信度,并以备用安全可信度最大化和火电机组运行费用最小化作为优化目标函数,建立了含风电场的电力系统经济调度模型。针对寻优效率,本文采用了一种将优先顺序法和内点法相结合的优化方法对机组组合问题求解。算例分析证明了所提模型和解法的可行性和合理性。
2014, 31(5): 54-58.
摘要:
分布式电源(DG)的位置和容量优化配置可确保其发挥更好的技术经济效用。本文在分析DG特性的基础上,建立了考虑含分布式电源的有功网损费用最小和投资成本最小模型;鉴于传统萤火虫算法具有容易早熟、收敛速度慢、过度依赖控制参数的缺陷,将混沌搜索策略融入到萤火虫算法,提出了一种改进型多目标萤火虫算法;为克服算法对控制参数依赖性较强缺陷,利用混沌理论的随机性、遍历性及其规律性特性,对萤火虫算法的参数进行调整。最后,以PG&E69节点配电网为例,采用Matlab仿真软件验证本文所提算法在求解DG优化配置问题上的有效性,及其与粒子群算法、常规萤火虫算法相比所具有的更好的寻优精度和优化结果。
分布式电源(DG)的位置和容量优化配置可确保其发挥更好的技术经济效用。本文在分析DG特性的基础上,建立了考虑含分布式电源的有功网损费用最小和投资成本最小模型;鉴于传统萤火虫算法具有容易早熟、收敛速度慢、过度依赖控制参数的缺陷,将混沌搜索策略融入到萤火虫算法,提出了一种改进型多目标萤火虫算法;为克服算法对控制参数依赖性较强缺陷,利用混沌理论的随机性、遍历性及其规律性特性,对萤火虫算法的参数进行调整。最后,以PG&E69节点配电网为例,采用Matlab仿真软件验证本文所提算法在求解DG优化配置问题上的有效性,及其与粒子群算法、常规萤火虫算法相比所具有的更好的寻优精度和优化结果。
2014, 31(5): 59-63.
摘要:
光伏发电规模越来越大,其并网对系统的影响不容忽视,研究含光伏发电的电力系统随机生产模拟具有重要意义。在空间上以一个光伏逆变器组为单位,建立了考虑光照与元件故障双重因素的光伏逆变器组多状态模型。在时间上以一天为一个时段,各时段采用不同的多状态模型。将多状态模型加入随机生产模拟,采用等效电量函数法进行计算,得到了发电量、可靠性及经济性等指标。评估了光伏发电容量效益和电量效益。算例分析验证了本文所提方法的合理性。
光伏发电规模越来越大,其并网对系统的影响不容忽视,研究含光伏发电的电力系统随机生产模拟具有重要意义。在空间上以一个光伏逆变器组为单位,建立了考虑光照与元件故障双重因素的光伏逆变器组多状态模型。在时间上以一天为一个时段,各时段采用不同的多状态模型。将多状态模型加入随机生产模拟,采用等效电量函数法进行计算,得到了发电量、可靠性及经济性等指标。评估了光伏发电容量效益和电量效益。算例分析验证了本文所提方法的合理性。
2014, 31(5): 64-69.
摘要:
大规模风电并网会对电力系统的安全和经济运行带来不利影响,因此进行风电功率预测具有重要意义。基于CFD流场预计算的风电功率预测方法巧妙地解决了预测效率与精度间的矛盾,具有较好的工程实用性。为进一步改进基于CFD流场预计算的功率预测方法,将其应用于某一风电场进行了为期一年的功率预测,并对预测结果的误差分布进行研究。结果表明:预测方法精度较高,能够较为准确地预测风电场的各种出力方式,满足应用要求;误差频率分布随季节变化,预测功率存在横、纵向误差,不同的来流风速、风向对应不同的预测误差;预测过程应进行非均匀的风况离散,从而实现对预测方法的高效合理利用。
大规模风电并网会对电力系统的安全和经济运行带来不利影响,因此进行风电功率预测具有重要意义。基于CFD流场预计算的风电功率预测方法巧妙地解决了预测效率与精度间的矛盾,具有较好的工程实用性。为进一步改进基于CFD流场预计算的功率预测方法,将其应用于某一风电场进行了为期一年的功率预测,并对预测结果的误差分布进行研究。结果表明:预测方法精度较高,能够较为准确地预测风电场的各种出力方式,满足应用要求;误差频率分布随季节变化,预测功率存在横、纵向误差,不同的来流风速、风向对应不同的预测误差;预测过程应进行非均匀的风况离散,从而实现对预测方法的高效合理利用。
2014, 31(5): 70-73.
摘要:
为提高对太阳能的利用率,减少能量的损失,需要对光伏电池的输出进行最大功率跟踪。文章建立了通用的太阳能电池数学模型,结合太阳能电池的功率电压和电流电压输出曲线特性及两者之间的数学关系,提出了一种基于Boost电路的变步长电导增量法。该方法能根据外界环境的变化,简单快速计算出此刻外界环境下唯一一个特殊点的值作为自适应变步长,比传统的变步长或者固定步长方法更合理,同时减少了参数确定的人为因素对于仿真结果的影响,可以快速精确地实现最大功率跟踪。
为提高对太阳能的利用率,减少能量的损失,需要对光伏电池的输出进行最大功率跟踪。文章建立了通用的太阳能电池数学模型,结合太阳能电池的功率电压和电流电压输出曲线特性及两者之间的数学关系,提出了一种基于Boost电路的变步长电导增量法。该方法能根据外界环境的变化,简单快速计算出此刻外界环境下唯一一个特殊点的值作为自适应变步长,比传统的变步长或者固定步长方法更合理,同时减少了参数确定的人为因素对于仿真结果的影响,可以快速精确地实现最大功率跟踪。
2014, 31(5): 74-79.
摘要:
为有效防止发生连锁跳闸,基于直流潮流补偿原理推导了用于快速预估多支路开断后潮流分布的支路开断分布因子(LTDF)的计算方法,结合改进的严重度函数,给出了用于评价支路受潮流转移影响程度的过载严重度指标和关键支路集的概念及其求解过程,对单支路或多支路开断同样适用。在此基础上研究了减载优化模型和基于广义灵敏度和关键支路集的减载策略,采用该策略对New-England 10机39节点系统进行算例分析,结果表明;该方法可有效预估多支路开断后潮流,能在准确识别潮流转移的基础上以最小的调整量快速消除过载,并确保其余支路不过载。
为有效防止发生连锁跳闸,基于直流潮流补偿原理推导了用于快速预估多支路开断后潮流分布的支路开断分布因子(LTDF)的计算方法,结合改进的严重度函数,给出了用于评价支路受潮流转移影响程度的过载严重度指标和关键支路集的概念及其求解过程,对单支路或多支路开断同样适用。在此基础上研究了减载优化模型和基于广义灵敏度和关键支路集的减载策略,采用该策略对New-England 10机39节点系统进行算例分析,结果表明;该方法可有效预估多支路开断后潮流,能在准确识别潮流转移的基础上以最小的调整量快速消除过载,并确保其余支路不过载。
2014, 31(5): 80-84.
摘要:
随着电力系统运行状态的改变,线路保护定值要及时撤旧换新,然而保护定值的大面积更改会增加出现失配保护的可能性。为最大程度避免其成为威胁电网稳定运行的隐含故障源,从而提高继电保护的可靠性,本文提出了一种线路保护定值自动调整算法。算法易于计算机实现,通过定值适用性判断和定值优化两阶段,在满足选择性和灵敏性的前提下,自动完成对保护定值的调整。算例表明,与传统方法相比,所提出的算法可大幅减少更改定值的保护数目并提高定值的性能,很好地解决了系统运行状态变化后的定值调整问题,具有较强的实用性。
随着电力系统运行状态的改变,线路保护定值要及时撤旧换新,然而保护定值的大面积更改会增加出现失配保护的可能性。为最大程度避免其成为威胁电网稳定运行的隐含故障源,从而提高继电保护的可靠性,本文提出了一种线路保护定值自动调整算法。算法易于计算机实现,通过定值适用性判断和定值优化两阶段,在满足选择性和灵敏性的前提下,自动完成对保护定值的调整。算例表明,与传统方法相比,所提出的算法可大幅减少更改定值的保护数目并提高定值的性能,很好地解决了系统运行状态变化后的定值调整问题,具有较强的实用性。
2014, 31(5): 85-89.
摘要:
在进行串补过电压保护设备参数设计时,一般只考虑不同的系统运行工况、不同的故障类型及故障时刻等系统因素,而很少考虑串补设备故障的影响,但在实际运行中串补设备故障的工况是存在的,而且对串补设备参数有直接影响。本文以南方电网百色串补站3套串补装置为例,利用最新电网数据及3套串补的设备参数和过电压保护配置,建立串补设备检修、保护误动及拒动等特殊工况模型,研究了在串补间隙误触发、拒触发、串补检修退出3种设备故障工况下,同一变电站多套串补之间参数的相互影响,并进行仿真分析。研究表明在进行串补主设备参数设计时,应适当考虑一套串补设备故障对其他串补过电压保护装置参数的影响。
在进行串补过电压保护设备参数设计时,一般只考虑不同的系统运行工况、不同的故障类型及故障时刻等系统因素,而很少考虑串补设备故障的影响,但在实际运行中串补设备故障的工况是存在的,而且对串补设备参数有直接影响。本文以南方电网百色串补站3套串补装置为例,利用最新电网数据及3套串补的设备参数和过电压保护配置,建立串补设备检修、保护误动及拒动等特殊工况模型,研究了在串补间隙误触发、拒触发、串补检修退出3种设备故障工况下,同一变电站多套串补之间参数的相互影响,并进行仿真分析。研究表明在进行串补主设备参数设计时,应适当考虑一套串补设备故障对其他串补过电压保护装置参数的影响。
2014, 31(5): 90-94.
摘要:
介绍了一种动态化变电站二次设计图纸的二次回路仿真培训系统。该系统采用自动建模技术将CAD版的变电站二次设计图纸自动转化为动态仿真图纸,并与变电站一二次设备三维仿真系统一一对应,可在三维场景里对二次回路元件进行测量、操作,同时,也可在仿真图纸界面看到对应的二次回路原理图、节点图等实时反映的元件状态变化。系统采用一种简单实用的二次回路计算方法可快速准确地计算变电站二次回路各节点电气量,为二次回路仿真测量、元件动作逻辑提供数据支持。该系统在南方电网超高压输变电公司南宁局投入使用,以500kV南宁变二次回路为仿真对象,实现了二次回路仿真。
介绍了一种动态化变电站二次设计图纸的二次回路仿真培训系统。该系统采用自动建模技术将CAD版的变电站二次设计图纸自动转化为动态仿真图纸,并与变电站一二次设备三维仿真系统一一对应,可在三维场景里对二次回路元件进行测量、操作,同时,也可在仿真图纸界面看到对应的二次回路原理图、节点图等实时反映的元件状态变化。系统采用一种简单实用的二次回路计算方法可快速准确地计算变电站二次回路各节点电气量,为二次回路仿真测量、元件动作逻辑提供数据支持。该系统在南方电网超高压输变电公司南宁局投入使用,以500kV南宁变二次回路为仿真对象,实现了二次回路仿真。
